DE3324256A1

DE3324256A1 - ENDOPROTHESIS MADE OF FIBER-REINFORCED DUROPLASTIC SYNTHETIC RESIN AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DE3324256A1
Application number: DE19833324256
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Baur; Walter Dipl.-Phys. Dr. 7031 Aidlingen Gohl; Gerold 7050 Waiblingen Kohlberger; Franz 7250 Leonberg Petsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-07-06
Filing date: 1983-07-06
Publication date: 1985-01-17
Also published as: EP0137115A1

Description

a. 18782 νa. 18782 ν

1.7.1983July 1, 1983

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Endoprothese aus faserverstärktem duroplastischem Kunstharz und Verfahren zur Herstellung Endoprosthesis made of fiber-reinforced thermosetting synthetic resin and method of manufacture

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Endoprothese nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie von Verfahren nach der Gattung der Verfahrensansprüche. Aus der DE-OS 29 ^1 sind Endoprothe sen aus faserverstärktem duroplastischem Kunstharz bekannt, bei denen zum Aufbau entweder ausschließlich Vliese aus Kohlenstoffasern mit unterschiedlicher Orientierung der Fasern oder aber abwechselnd Lagen aus Vliesen und Langfasern eingesetzt werden, wobei sich die einzelnen Lagen aus Vlies- bzw. Langfasern durch das ganze Formteil hindurch abwechseln. Ss hat sich hier jedoch gezeigt, daS die Festigkeitseigenschaften dieser in erster Näherung homogen aufgebauten .Formteile den Anforderungen noch nicht genügten.The invention is based on an endoprosthesis according to the preamble of claim 1 and the method according to Type of process claims. From DE-OS 29 ^ 1 are endoprostheses made of fiber-reinforced thermoset Synthetic resin known where to build either exclusively Nonwovens made of carbon fibers with different orientations of the fibers or alternately Layers of fleece and long fibers are used, the individual layers of fleece or long fibers alternate through the entire molding. However, it has been shown here that the strength properties These molded parts, which are homogeneously structured in a first approximation, do not yet meet the requirements.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die e'r f indungsgemäße Endoprothese mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie dort, wo die größten Biegekräfte auftreten, aus unidirektionalen Gurten besteht, die auf der Ober- und Unterseite des Formteiles durchlaufen und BiegekräfteThe endoprosthesis according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that it is where the greatest bending forces occur unidirectional belts, which are on the top and Go through the underside of the molded part and bending forces

besonders gut aufzunehmen in der Lage sind, während der Raum zwischen den Gurten mit kurzfaserigem Verbundwerkstoff ausgefüllt ist, der hauptsächlich Druck- und Schubbeanspruchungen aufnimmt. Dabei kann dieser zwischen den Gurten eingebrachte Verbundwerkstoff je nach Belastungshöhe gerichtetes Faservlies oder Wirrvlies enthalten oder aus Preßmasse mit Kurzfasern bestehen. Besonders günstig ist es, wenn das duroplastische Kunstharz ein Triazinharz ist und die Pasern aus Kohlenstoff bestehen. Aus der obengenannten DE-OS 29 ^1 3Ö9 ist nämlich auch bekannt, daß das Triazinharz eine hervorragende Körperverträglichkeit aufweist und diese Körperverträglichkeit sich in Kombination mit Kohlefasern nicht ändert.are able to absorb particularly well while the space between the straps with short-fiber composite material is filled, which mainly absorbs pressure and shear loads. This can be between The composite material introduced into the belts, depending on the load level, directed fiber fleece or random fleece contain or consist of molding compound with short fibers. It is particularly favorable if the thermoset Synthetic resin is a triazine resin and the fibers are made of carbon. From the above-mentioned DE-OS 29 ^ 1 3Ö9 namely, it is also known that the triazine resin has an excellent body tolerance and this Body compatibility does not change in combination with carbon fibers.

Durch die in den Verfahrensansprüchen angegebenen Merk.-male lassen sich die erfindungsgemäßen Endoprothesen in wirtschaftlicher Weise und unter reproduzierbaren Fertigungsbedingungen herstellen, so daß eine gleichbleibende Qualität der nach den Verfahrensansprüchen hergestellten Endprothesen gewährleistet ist.By the features specified in the process claims the endoprostheses according to the invention can be carried out economically and under reproducible manufacturing conditions produce, so that a constant quality of the produced according to the method claims End prosthesis is guaranteed.

Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an exemplary embodiment

Zur Herstellung eines Femurschaftes einer Hüftgelenk-Endoprothese werden zunächst zur Bildung der Gurte Kohlefaserst ränge oder Rovings mit einem Triazin-Flüssigharz, z. B. Triazin A der Fa. Bayer AG, welches dem BT-Resin 2060 der Fa. Mitsubishi Gas Chemical Comp., Inc., entspricht, gelöst in Azeton (70 Gew.-/? Harz in 30 Gew.-% Azeton) getränkt und in einer Dicke von etwa 5 - 10 mm in eine auf ca. 120 C aufgeheizte Form, die dem herzustellenden Femurschaft in etwa entspricht,To produce a femoral shaft of a hip joint endoprosthesis, carbon fiber strands or rovings with a triazine liquid resin, eg. Dissolved in acetone (70 wt .- / resin in 30 weight? -% acetone.) B. triazine A from Bayer AG, which Fa 2060 Mitsubishi Gas Chemical Comp, Inc. corresponds to the BT-Resin impregnated... and in a thickness of approx. 5 - 10 mm in a mold heated to approx. 120 C, which roughly corresponds to the femoral shaft to be produced,

eingelegt, derart, daß die Ober- und Unterseite des Femurschaftes von diesen Rovings gebildet wird und die Faserrichtung der Längachse des Femursehaftes entspricht. In den verbleibenden Zwischenraum zwischen diesen imprägnierten Rovings werden sodann Richtfaseroder Wirrvliesstücke, die ebenfalls mit dem flüssigen Triazinharz getränkt sind, eingelegt. Das Einlegen der Rovings in die vorgeheizte Form entlang der Wandungen hat zur Folge, daß diese bereits vorvernetzt werden, so daß der Vorvernetzungsgrad der Rovings größer ist als derjenige der Vliese. Dadurch wird erreicht, daß beim nun folgenden Schließen der Form die Rovings ihre ausgerichtete Lage beibehalten und durch das leichter fließende Vlies verdichtet werden. Im Anschluß daran läßt man die Form auf etwa 60 C abkühlen und entnimmt nun den so gebildeten Vorformling. Zum Aushärten des Vorformlings legt man diesen in ein Preßwerkzeug ein, das die Form der Endoprothese aufweist. Vor diesem Einlegen in das Preßwerkzeug können zur Erhöhung der Schub- und Torsionssteifigkeit noch zusätzliche Gewebelagen aufgebracht oder mit Harz imprägnierte Schläuche aus Kohlenstoffasern über den Vorformling gestreift werden. In diesen Fällen ist der Vorformling dann entsprechend kleiner- als die endgültige Endoprothese. Das Preßwerkzeug wird nach dem Einlegen des gegebenenfalls so ergänzten Vorformlings geschlossen und auf eine Temperatur von 1 oO C gebracht, so daß der Vorformling aushärtet. Nach dem Aushärten der Form kann das fertige Formteil dann entnommen werden.inserted in such a way that the top and bottom of the femoral shaft is formed by these rovings and the fiber direction corresponds to the longitudinal axis of the femoral shaft. Directional fibers or Random fleece pieces, which are also impregnated with the liquid triazine resin, are inserted. The insertion the rovings in the preheated shape along the walls has the consequence that these are already pre-crosslinked so that the degree of pre-crosslinking of the rovings is greater than that of the nonwovens. This achieves that when the mold is now closed, the rovings retain their aligned position and through the more easily flowing fleece can be compressed. The mold is then allowed to cool to about 60.degree and now removes the preform thus formed. To cure the preform, it is placed in a press tool one that has the shape of the endoprosthesis. Before this insertion in the press tool can increase the shear and torsional stiffness even more Fabric layers applied or hoses made of carbon fibers impregnated with resin are streaked over the preform will. In these cases, the preform is then correspondingly smaller than the final endoprosthesis. The pressing tool is closed after the preform, which may have been supplemented in this way, has been inserted and brought to a temperature of 1 oO C, so that the preform hardens. After curing the mold can the finished molding can then be removed.

Obwohl die soeben beschriebene Art der Herstellung die bevorzugte ist, ist es, vor allem wenn an die Festigkeit seigenschaf ten keine zu hohen Anforderungen gestellt werden, auch möglich, statt des Einlegens von Richtfaser-Although the method of manufacture just described is the preferred, it is especially when it comes to strength properties, the requirements are not too high are also possible, instead of inserting directional fiber

Ifi/Ifi /

oder Wirrvliesstücken in den Zwischenraum zwischen den beiden Gurten nach dem Einlegen der imprägnierten Kohlefaser-Rovings die Form zu schließen und dann eine Formmasse aus Kunstharz und Wirrvlies oder Richtfaservlies oder Kurzfasermasse einzuspritzen. Die weiteren Schritte verlaufen in der gleichen Weise, wie sie oben beschrieben sind.or pieces of random fleece in the space between the two belts after the impregnated carbon fiber rovings have been inserted to close the mold and then a molding compound made of synthetic resin and random fleece or directional fiber fleece or inject short fiber mass. The further steps proceed in the same way as described above are.

Schließlich ist es auch möglich, in das Preßwerkzeug nacheinander die äußeren Gewebelagen, dann die mit Kunstharz getränkten Faserstränge und schließlich entweder in die offene Form die mit Kunstharz getränkten Richtfaser- oder Wirrvliesstücke in die Zwischenräume einzulegen oder in die geschlossene Form eine Formmasse aus Kunstharz und Wirrvlies oder Richtfaservlies oder Kurzfasern einzuspritzen und die geschlossene Form dann auf eine Temperatur von 16O C aufzuheizen, um das so gebildete Formteil auszuhärten. Auch hier wird vor dem Einlegen bzw. Einspritzen das Preßwerkzeug auf eine Temperatur von 120 C aufgeheizt.Finally, it is also possible to successively insert the outer fabric layers into the press tool, then those with synthetic resin impregnated fiber strands and finally either in the open form the straightening fiber impregnated with synthetic resin or to insert pieces of random fleece in the gaps or in the closed form a molding compound made of synthetic resin and random fleece or fiber optic fleece or Inject short fibers and then heat the closed mold to a temperature of 160 C in order to to cure the molded part thus formed. Here, too, the pressing tool is opened before the insertion or injection heated to a temperature of 120 C.

Claims

1 .7-1983 Pf / Jä

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Expectations

1 .J endoprosthesis made of fiber-reinforced thermosetting synthetic resin, characterized in that it has straps made of fiber-reinforced thermosetting plastic with unidirectional fiber direction and in between a fiber-reinforced thermosetting plastic with a directed fiber fleece, a tangled fleece or a fiber-containing molding compound on the sides exposed to bending forces in particular.

2. Endoprosthesis according to claim 1, characterized in that the thermosetting synthetic resin is a triazine resin and the fibers are made of carbon.

3. A method for producing endoprostheses according to claim 1 or 2, characterized by the following process steps:

a. Insertion of unidirectional fiber strands (rovings) impregnated with synthetic resin in a mold heated to a temperature lower than the hardening temperature along the upper and underside of the mold cavity to form the belts,

b. Insertion of pieces of straightening fiber or random fleece impregnated with synthetic resin in the pieces thus formed Space, whereby the pre-crosslinking

degree of in step a. inserted impregnated fiber strands is larger than that of according to b. brought in material;

c. Closing the mold,

d. Removal of the preform formed in this way from the mold, which has cooled to approx. 60 3,

e. Placing the preform in a press tool, after any additional layers of fabric beforehand or fiber tubes impregnated with synthetic resin were placed around the preform, and curing the preform in the die at the curing temperature to form of the molded part.

k. Process according to Claim 3, characterized in that, instead of process steps b., C. in the after the procedural stage a. closed mold a molding compound made of synthetic resin and random fleece or straightening fiber fleece or short fibers are injected, the degree of pre-crosslinking of the inserted impregnated fiber strands is greater than that of the molding compound, after which process steps d. and e. follow.

5. The method according to claim 3 or h, characterized in that instead of the process steps d. and e. first of all the fabric layers of process stage e. , then the fiber strands impregnated with synthetic resin from process step a. are placed in a mold, after which either straightened fiber or random fleece pieces soaked with synthetic resin are inserted into the spaces or in the closed form a molding compound made of synthetic resin and random fleece or straight fiber fleece or short fibers is injected, whereupon the closed mold is heated to the heating temperature is brought to cure the molded part formed in the mold.

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6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the synthetic resin is a triazine resin
and the fibers are made of carbon, and that the. Curing is carried out at a temperature of approx. 160 C.